第三章直流電機(jī)的工作原理及特性3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.2直流發(fā)電機(jī)3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性3.4直流他勵電動機(jī)的啟動特性3.5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性3.6直流他勵電動機(jī)的制動特性第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)換向器定子轉(zhuǎn)子3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(定子剖面圖)主磁極換向極磁極數(shù)－主磁極的個數(shù)磁極對數(shù)=磁極數(shù)/2第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖）轉(zhuǎn)子換向片轉(zhuǎn)軸電樞線圈第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)子硅鋼沖片圖）電樞鐵芯硅鋼沖片第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(換向器圖）電刷換向片第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1.2直流電機(jī)的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B(磁場強(qiáng)弱和方向)NSNSNNSS電流方向右手螺旋法則第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1.2直流電機(jī)的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量2.鐵磁材料的磁化曲線（鐵、鎳、鈷及它們的合金）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場強(qiáng)度鐵磁材料導(dǎo)磁系數(shù)真空中的導(dǎo)磁系數(shù)非鐵磁材料鐵磁材料鐵磁材料有磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗、渦流損耗。有關(guān)磁場的幾個物理量3.

右手定則判電勢方向，左手定則判運(yùn)動方向B---磁感應(yīng)強(qiáng)度v---速度方向e---感應(yīng)電勢I---電流方向f---電磁力方向第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1.2直流電機(jī)的工作原理有關(guān)磁場的幾個物理量4.

電路

磁路電流

I

磁通

φ電動勢

E

磁通勢

F電壓降

U=IR

磁壓降電阻

R

磁阻

Rm歐姆定律磁路歐姆定律第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1.2直流電機(jī)的工作原理NSne,iKe—電勢常數(shù)Kt—轉(zhuǎn)矩常數(shù)，9.55Ke第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.1.2直流電機(jī)的工作原理第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.2直流發(fā)電機(jī)他勵并勵串勵復(fù)勵勵磁方式(直流電動機(jī)與之類似）第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3直流電動機(jī)的機(jī)械特性3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性電壓平衡方程第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)T0n0---理想空載轉(zhuǎn)速（T=0）△n—速度降由得直流電動機(jī)機(jī)械特性一般表達(dá)式：nn0TdT第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)n=0時，（3.13）式為堵轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流他勵電動機(jī)的機(jī)械特性硬特性β＞10軟特性β＜10絕對硬特性β→∞機(jī)械特性硬度第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性1.固有機(jī)械特性

n=f(T)（1）首先估算電樞電阻Ra電動機(jī)的機(jī)械特性有固有特性與人為特性之分。根據(jù)機(jī)械特性一般表達(dá)式，n=f(T)是一條直線。該直線可用理想空載點(diǎn)(0,n0)和額定工作點(diǎn)(TN,nN)兩點(diǎn)確定。由于：總損耗=輸入功率－輸出功率額定負(fù)載下銅耗，一般占總損耗的50－75％。故有：由Ia=IN，得：其中，nN為給定的額定參數(shù)，僅需求出n0和TN。現(xiàn)由額定參數(shù)，通過，最終求解：第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性（2）計算額定條件下反電勢故有：（3）求理想空載轉(zhuǎn)速（4）求額定轉(zhuǎn)矩根據(jù)(0,n0)和(TN,nN)兩點(diǎn),確定的機(jī)械特性曲線n=f(T)如右圖所示。同理也可獲得反轉(zhuǎn)時的特性曲線。根據(jù)基本公式當(dāng)T＝0時，有：第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性2.人為機(jī)械特性（分別改變Rad、U、φ）電樞串接電阻Rad時的人為機(jī)械特性：串接電阻后1.n0不變；2.K斜率變大即機(jī)械特性變軟，過渡時間變長。n1.改變n0(減小)2.斜率k不變機(jī)械特性硬度不變1.n0增加2.斜率變大，特性變軟改變電樞電壓U或磁通φ時的人為機(jī)械特性第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.1

他勵電動機(jī)的機(jī)械特性第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.2串勵電動機(jī)的機(jī)械特性代入機(jī)械特性一般表達(dá)式（3.13）得軟特性串勵時，電流處處相等。取C為比例常數(shù)，有：第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.3.3復(fù)勵電動機(jī)的機(jī)械特性復(fù)勵電動機(jī)特性具有他勵和串勵電動機(jī)的性質(zhì)他勵磁通φes=70%總磁通串勵磁通φs=30%總磁通他勵復(fù)勵串勵第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

電動機(jī)的機(jī)械特性例題

例3-1

一臺他勵直流電動機(jī)在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行時，電樞反電勢E＝E1，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=常數(shù)，外加電壓和電樞電路中的電阻均不變，問減弱勵磁使轉(zhuǎn)速上升到新的穩(wěn)態(tài)值后，電樞反電勢將如何變化?是大于、小于還是等于E1?解兩個已知條件，一個是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝常數(shù)；一個是從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)(而不涉及瞬態(tài)過程)，電樞反電勢是穩(wěn)態(tài)值。注意：從不能判斷E是如何變化的。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

電動機(jī)的機(jī)械特性例題例3-2

一臺他勵直流電動機(jī)，功率PN=5.5KW，UN=220V，IN=31A，nN=1500r/min，忽略損耗，且額定運(yùn)行時的電磁轉(zhuǎn)矩近似等于輸出轉(zhuǎn)矩，試?yán)L制電機(jī)近似的固有機(jī)械特性。解：n=f(TL)是一條直線，故只要兩點(diǎn)，理想空載點(diǎn)（0，n0）和額定工作點(diǎn)(TN,,nN)即可確定固有機(jī)械特性。(1)估算Ra(2)求KeΦN第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

電動機(jī)的機(jī)械特性例題(3)求n0(4)求TN按照題意要求，繪出的特性曲線如右圖所示。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機(jī)的啟動特性啟動時n=0E=0

啟動電流通常限定：啟動電流不得大于額定電流的1.5～2倍常用方法：電樞中串接電阻啟動，或降壓啟動切換瞬間n不變，串接單個電阻時電流沖擊很大。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.4直流他勵電動機(jī)的啟動特性多段啟動電阻啟動的他勵電動機(jī)T1與T2的選取原則1.T1(I1)≤2TN2.T2(I2)基本相同第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性速度調(diào)節(jié)與速度變化是兩個完全不同的概念。速度調(diào)節(jié)-----在一定的負(fù)載下，通過人為改變電路參數(shù)，從而改變電動機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種方法。速度變化-----由于負(fù)載發(fā)生變化而引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速改變。增加電阻改變特性負(fù)載改變特性不變第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性3.5.1電樞電路外串電阻Rad缺點(diǎn)1.機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性差；2.輕載時調(diào)速范圍不大；3.無級調(diào)速困難；4.電阻上消耗大量電能；注意：啟動電阻不能用來調(diào)速，否則將被燒壞。適用于起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)。調(diào)速通過三種方式：串接電阻Rad，改變電壓，改變磁通。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性3.5.2改變電樞電壓調(diào)速特點(diǎn)1.可實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑調(diào)速，

但只能在nN以下調(diào)速；2.機(jī)械特性硬度不變，

調(diào)速穩(wěn)定度高范圍大；3.調(diào)速時穩(wěn)態(tài)電流不變，

轉(zhuǎn)矩不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。4.可利用降壓啟動電機(jī)。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.5直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性3.5.3改變主磁通調(diào)速特點(diǎn)1.可無級調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，

即在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行；2.機(jī)械特性變軟，調(diào)速范圍不大；3.調(diào)速時電樞電壓電流均不變，

屬恒功率調(diào)速，適用于對恒功

率負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；通常與調(diào)壓調(diào)速配合使用。（nN以下調(diào)壓，nN以上調(diào)磁通）注意！輕載時產(chǎn)生飛車事故第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6直流他勵電動機(jī)的制動特性制動─是從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或者限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。電動機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：電動狀態(tài)：T和n方向相同；制動狀態(tài)：T與n方向相反。制動狀態(tài)有兩種形式：1.穩(wěn)定的制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速保持

恒定不變，如放下重物時；2.過渡的制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速變化，

如降速或停車制動時。電動機(jī)三種制動方法：反饋制動/反接制動/能耗制動第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反饋制動特點(diǎn)：n>n0E>UIa=-Ia+TM→-TM電車下坡時，電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，機(jī)械能變成電能向電源饋送，故稱為反饋制動/發(fā)電制動。電動機(jī)正常接線，在外部條件作用下，實(shí)際轉(zhuǎn)速大于理想空載轉(zhuǎn)速的狀態(tài)稱為反饋制動。Tr—摩擦轉(zhuǎn)矩，Tp—位能轉(zhuǎn)矩第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反饋制動降壓調(diào)速過程中的反饋制動電壓由U1降為U2時，理想空載轉(zhuǎn)速變?yōu)閚02，低于實(shí)際轉(zhuǎn)速n1，此時E>U2，故電流反向，轉(zhuǎn)矩反向，電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，呈現(xiàn)反饋制動/發(fā)電制動狀態(tài)。同樣，電動機(jī)在弱磁狀態(tài)用增加磁通方法降速時，也能產(chǎn)生反饋制動過程，達(dá)到降速目的。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.1反饋制動電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物時的反饋制動過程制動矩下放電動狀態(tài)：a點(diǎn)到b點(diǎn)，n↑E↑Ia↓-TM↓下放制動狀態(tài)：b點(diǎn)到c點(diǎn)，E>U，電流與轉(zhuǎn)矩均換向，轉(zhuǎn)矩反向與TL相反，進(jìn)入反饋制動狀態(tài)。整個過程中轉(zhuǎn)速高于n0，重物下放時不夠安全。第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動1.電源反接制動（改變電樞電壓方向使與E一致）注意：反接時U與E相加，電流很大用Rad限流應(yīng)用：快停、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)反接電動正向電動反接制動位能負(fù)載時制動第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.2反接制動2.倒拉反接制動(提升時串接Rad改變斜率使下降)注意：這里T沒有反向！選用不同的Rad可改變下放速度但不能太小，交叉點(diǎn)必須在四象限。接入Rad后電機(jī)減速至零，重物停止上升，而后TL使其反轉(zhuǎn)重物下降第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

3.6.3能耗制動(U=0串接Rad)位能負(fù)載制動狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行速度穩(wěn)定不會出現(xiàn)倒拉制動那樣因計算不準(zhǔn)而引起不降反升的事故反抗矩負(fù)載制動優(yōu)點(diǎn)：不會出現(xiàn)反向起動的危險注意：Rad不宜太小I<Imax第三章直流電機(jī)的工作原理及特性

直流他勵電動機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械特性正常接線可有三種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)反轉(zhuǎn)接線方法不同四象限對應(yīng)反轉(zhuǎn)狀態(tài)